Processos de Separação de Produtos Biológicos

Caracterização geral

Pré-requisitos

A disponibilizar brevemente

Bibliografia

“Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology”, Paul A. Betler, A.L. Cussler, Wei-Shou Hu, John Wiley & Sons (1988) USA

“Handbook of Downstream Processing”, Ed. Elliott Goldberg, Blackie Academic & Professional (1997) UK

“Bioseparations Science and Engineering”, Roger Harrison, Paul Todd, Scott Rudge, Demetri Petrides, Oxford University Press (2003) UK

“Bioprocess Engineering Principles”, Pauline Doran, Academic Press (2003), UK

"Industrial Bioseparations: Principles and Practice"; Daniel Forcitini, Wiley-Blackwell (2007)

Método de ensino

O ensino baseia-se em aulas teóricas e aulas práticas de laboratório. Nas aulas teóricas são leccionadas as matérias da UC de acordo com o seu programa e, sempre que justificável, resolvidos exercícios de aplicação dos conceitos introduzidos. Nas aulas laboratoriais são realizados trabalhos práticos relacionados com o programa.

Método de avaliação

A avaliação contínua da disciplina é constituída pelas seguintes componentes:

- Realização de três testes, cada um valendo 25% da nota final. O primeiro teste abrange a matéria dos capítulos 1 a 3 do programa da disciplina. O segundo teste abrange a matéria de Adsorção e cromatografia e o terceiro teste a matéria de Processos com Membranas.

A duração de cada teste é de 1 hora. Cada teste é avaliado de 0 a 20 valores. A avaliação é individual e sem consulta. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, na média aritmética simples das notas dos três testes. Valorização para a nota final = 75%

- Realização de trabalhos práticos. A realizar em grupo, constituído por 4 estudantes. A avaliação desta parte inclui a realização do trabalho no laboratório, a entrega do respectivo relatório e sua discussão. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, nesta componente de avaliação. Valorização para a nota final = 25% (média das notas dos trabalhos: Lab virtual, adsorção e membranas).

Caso o estudante não tenha aprovação na componente da avaliação de realização dos três testes ou opte por não a fazer, terá direito a ir a exame de recurso. Ser-lhe-á exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, para aprovação.

Ressalva-se que quer o estudante opte pela realização dos testes ou pelo exame de recurso, será sempre obrigatória a realização dos trabalhos práticos.

Nota final da disciplina: média ponderada das classificações obtidas nas componentes de avaliação de acordo com a seguinte fórmula:

Nota final = 0.75 × Média dos Testes + 0.25 × Nota dos Trabalhos Práticos

As notas das trs componentes de avaliação são arredondadas às décimas. A nota final, arredondada ao número inteiro mais próximo, deverá ser superior ou igual a 10 valores para aprovação na disciplina.

Conteúdo

1. Introdução aos Processos de Separação – Classificação de bioprocessos; Propriedades, classificação e aplicações de produtos biológicos; Relação produção-custo; Esquemas RIPP (RECUPERAÇÃO-ISOLAMENTO-PURIFICAÇÃO-POLIMENTO) e típicas operações unitárias; Exemplo de processos bioquímicos industriais.
2. Operações de Separação Sólido-Líquido - Operações de remoção de sólidos em suspensão: (i) Filtração por impacto a fluxo e a pressão constante. Dimensionamento de filtros. (ii) Sedimentação gravítica. Velocidade de Sedimentação; Lei de Stokes; Dimensionamento de Sedimentadores; (iii) Centrifugação. Lei de Stokes aplicada, Área equivalente de sedimentação; Tipos de centrífugas Equações de dimensionamento de centrífugas.
3. Desintegração Celular - Estrutura e constituição de paredes celulares; Métodos Químicos e Métodos Mecânicos.
4. Processos de Cromatografia - Tipos de materiais cromatográficos. Critérios de selecção de materiais cromatográficos; Modelação de equilíbrio em processos cromatográficos. Tipos de processos cromatográficos: cromatografia de adsorção, cromatografia de permuta iónica, cromatografia de exclusão molecular, cromatografia de afinidade, cromatografia de interacção hidrofóbica, cromatografia de fase reversa, cromatografia covalente, cromatografia de afinidade iónica;
5. Processos de Adsorção -  Equilíbrio de adsorção e de permuta iónica. Determinação experimental de isotérmicas de equilíbrio; Teoria de movimento de soluto. Efeito de alteração de variáveis termodinâmicas. Ondas de choque e ondas dispersivas. Assumpções e limitações da teoria de movimento de soluto; Conceito de frente estacionária ou de padrão constante. Conceito de zona de transferência de massa. Cálculo da altura da zona de transferência de massa, fracção útil e capacidade de colunas; Sobreposição em sistemas lineares. Modelo de dispersão linear e modelo de etapas ; Equação de Van Deemter;   Exemplos de processos industriais;
6. Processos de Membranas - Classificação de tipo de membranas e de processos de membranas; Conceito de polarização da concentração. Cálculo de módulo de polarização; “Fouling” de membranas. Factores determinantes para o “fouling” de membranas. Formas de minimizar problemas de “fouling”: métodos químicos e métodos hidrodinâmicos; Tipo de módulos de membranas e sua selecção. Critérios de selecção; Mecanismo de transporte baseado em exclusão por tamanho. Modelo de gel e modelo osmótico. Micro/ultrafiltração, nanofiltração e osmose inversa; Mecanismo de transporte por solução-difusão. Permeação de vapor e pervaporação. Membranas líquidas. Processos com membranas de afinidade; Mecanismo de exclusão de Donnan. Efeito de campo eléctrico. Operações de diálise e de electrodiálise;
7. Validação de Processos - Validação de equipamento e validação de processo. Boas Práticas de Produção (Good Manufacturing Practice - GMP) e validação em DSP (Biopharmaceutical Downstream Processing); Regulamentação de segurança. Classificação de agentes biológicos em termos de prevenção de risco. Pincípios de confinamento biológico e sua aplicação a operações de separação e purificação de produtos biológicos;

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: